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深入理解串行外設接口(SPI)總線及應用

作者: 時間:2014-11-21 來源:網絡 收藏

  ()總線是一個工作在全雙工模式下的同步串行數據鏈路。它可用于在單個主控制器和一個或多個從設備之間交換數據。其簡單的實施方案只使用四條支持數據與控制的信號線(圖1):

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/265777.htm

  雖然表1中的引腳名稱來自摩托羅拉開發(fā)的標準,但具體集成電路的端口名稱往往與圖1中所示的不同。

 

 

  圖1:基本SPI總線

 

 

  表1:SPI引腳名稱分配

  SPI數據速率一般在1到70MHz的范圍內,字長為從8位及12位到這兩個值的倍數。

  數據傳輸一般由數據交換構成。在主控制器向從設備發(fā)送數據時,從設備也向主控制器發(fā)送數據。因此主控制器的內部移位寄存器和從設備都采用環(huán)形設置(圖2)。

 

 

  圖2:雙移位寄存器形成一個芯片間的環(huán)形緩存器

  在數據交換之前,主控制器和從設備會將存儲器數據加載至它們的內部移位寄存器。收到時鐘信號后,主控制器先通過MOSI線路時鐘輸出其移位寄存器的MSB.同時從設備會讀取位于SIMO的主控器第一位元,將其存儲在存儲器中,然后通過SOMI時鐘輸出其MSB.主控制器可讀取位于MISO的從設備第一位元,并將其存儲在存儲器中,以便后續(xù)處理。整個過程將一直持續(xù)到所有位元完成交換,而主控器則可讓時鐘空閑并通過/SS禁用從設備。

  除設置時鐘頻率外,主控制器還可根據數據配置時鐘極性和相位。這兩個分別稱為CPOL與CPHA的選項可實現時鐘信號180度的相移以及半個時鐘周期的數據延遲。圖3是相應的定時圖。

 

 

  圖3:時鐘極性與相位的定時圖

  CPOL = 0時,時鐘空閑在邏輯0位置上:

  如果CPHA = 0,數據在SCK的上升沿讀取,在下降沿變化。

  如果CPHA = 1,數據在SCK的下降沿讀取,在上升沿變化。

  CPOL = 1時,時鐘在邏輯為高時空閑:

  如果CPHA = 0,數據在SCK的下降沿讀取,在上升沿變化。

  如果CPHA = 1,數據在SCK的上升沿讀取,在下降沿變化。

  在SPI中,主控制器可與單個或多個從設備通信。如果是一個單從設備,從設備選擇信號可連接至從設備的本地接地電位,實現永久接入。對使用多個從設備的應用,可使用兩種配置:獨立從設備與菊花鏈從設備(圖4)。

 

 

  圖4:主控制器與獨立從設備(左)及菊花鏈從設備通信(右)

  要與從設備單獨通信,主控制器必須提供多重從設備選擇信號。該配置通常用于必須單獨訪問多個模數轉換器(ADC)及數模轉換器(DAC)的數據采集系統(tǒng)中。

  菊花鏈從設備只需要主控制器提供一個從設備選擇信號,因為這種配置要求所有從設備同時啟用,以確保數據不間斷地流經該鏈路中的所有移位寄存器。典型應用是工業(yè)I/O模塊中的級聯多通道輸入串行器與輸出驅動器。

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關鍵詞: SPI 串行外設接口

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